ebook Podstawy biologii molekularnej Lizabeth A. Allison

Wydawca: Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego

Rok wydania: 2009

Obszerny, a zarazem lapidarny w ujęciu poszczególnych zagadnień podręcznik biologii (genetyki) molekularnej. Wyjątkowy wśród innych tego typu pozycji, bo nie tylko prezentuje fakty, ale też stawia pytania badawcze i opisuje eksperymentalne podejścia prowadzące do uzyskania odpowiedzi. Znakomicie zilustrowany – dzięki kolorowym zdjęciom oraz doskonale skonstruowanym schematom i rycinom przebieg poszczególnych procesów staje się jasny i zrozumiały.

Książka zawiera:
ramki „Choroby” – zawierają opis chorób genetycznych człowieka, u których podstaw leżą zaburzenia poszczególnych procesów zachodzących w komórkach,
ramki „Narzędzia” – omawiają najważniejsze metody i techniki biologii molekularnej,
ramki „Warto wiedzieć” – podają dodatkowe informacje o poszczególnych zagadnieniach, dokładniej opisują strategie eksperymentalne i wskazują możliwości dalszego zgłębiania wiedzy,
podsumowania kolejnych rozdziałów – pomagają uporządkować świeżo zebraną wiedzę i ułatwiają szybkie jej odtworzenie, kiedy zachodzi taka potrzeba,
pytania kontrolne zamieszczone na końcu każdego rozdziału – umożliwiają sprawdzenie własnej wiedzy na określone tematy,
spis literatury do każdego rozdziału – ułatwia dotarcie do dodatkowych lektur poświęconych wybranym zagadnieniom,
słowniczek terminów na końcu książki – podaje definicje pojęć, których wyjaśnienie może okazać się przydatne w trakcie lektury podręcznika.

Academic textbook presenting topics from the field of molecular biology. The author discusses fundamental concepts and processes from genetics, such as siRNA, genomic imprinting, structures of DNA, RNA, RNA as catalyst, etc. She presents the key methods and techniques of molecular biology. The textbook includes a description of human genetic diseases, which are caused by dysfunctions of particular processes taking place in the cells. The text is illustrated with numerous photographs, diagrams and figures.

Spis treści ebooka Podstawy biologii molekularnej

Przedmowa XVIII
Przedmowa do wydania polskiego XXIII

1 Wprowadzenie do biologii molekularnej 1
1.1 Wstęp 1
1.2 Perspektywa historyczna 1
Zasady dziedziczenia na podstawie analiz okrągłych i pomarszczonych ziaren grochu: genetyka mendlowska 2
Natura materiału dziedzicznego: doświadczenie Fredericka Griffitha 5
Pomysłowość w podejściu eksperymentalnym doprowadza do sformułowania hipotezy jeden gen–jeden enzym 7
Waga postępu technologicznego: doświadczenie Hersheya–Chase 7
Model budowy DNA: dwuniciowa helisa DNA 9
Podsumowanie rozdziału 10
Pytania kontrolne 10
Literatura uzupełniająca 11

2 Budowa DNA 13
2.1 Wstęp 13
2.2 Podstawowy budulec: składniki kwasów nukleinowych 14
Pięciowęglowe cukry 14
Zasady azotowe 15
Grupy fosforanowe 15
Nukleozydy i nukleotydy 16
2.3 Znaczenie końców 5′ i 3′ 17
2.4 Nazewnictwo nukleotydów 17
2.5 Długość RNA i DNA 18
2.6 Struktura drugorzędowa DNA 18
Między zasadami powstają wiązania wodorowe 18
Oddziaływania warstwowe stabilizują dwuniciową helisę DNA 18
Model dwuniciowej helisy Watsona–Cricka 20
Cechy charakterystyczne różnych form strukturalnych dwuniciowej helisy DNA 22
Dwuniciowa cząsteczka DNA może podlegać odwracalnemu rozpleceniu do pojedynczych nici 24
2.7 Nietypowe struktury drugorzędowe DNA 26
Struktury zawierające wybrzuszenia 26
Struktury krzyżowe 27
Trójniciowa helisa DNA 28
Choroby. Ramka 2.1. Ataksja Friedreicha a trójniciowa helisa DNA 27
2.8 Trzeciorzędowa struktura DNA 29
Superhelikalne formy DNA 30
Topoizomerazy odpowiadają za relaksację struktur superhelikalnych DNA 31
Znaczenie obecności struktur superhelikalnych in vivo 33
Choroby. Ramka 2.2. Leki przeciwnowotworowe a topoizomerazy 33
Podsumowanie rozdziału 34
Pytania kontrolne 35
Literatura uzupełniająca 35

3 Organizacja genomu: od nukleotydów do chromatyny 37
3.1 Wstęp 37
3.2 Genom eukariotyczny 38
Budowa chromatyny: perspektywa historyczna 38
Histony 39
Nukleosomy 39
Paciorki nanizane na sznurek: chromatyna (włókno) 10 nm 41
Chromatyna (włókno) 30 nm 42
Wypętlenia tworzące domeny 42
Chromosomy metafazowe 43
Alternatywne struktury chromatyny 44
3.3 Genom bakteryjny 44
3.4 Plazmidy 45
3.5 Bakteriofagi i wirusy DNA ssaków 45
Bakteriofagi 46
Wirusy DNA ssaków 46
3.6 Genomy organellowe: chloroplasty i mitochondria 47
DNA chloroplastów (cpDNA) 47
DNA mitochondriów (mtDNA) 48
Choroby. Ramka 3.1. DNA mitochondrialny a choroby 48
3.7 Genomy zbudowane z RNA 48
Eukariotyczne wirusy RNA 48
Retrowirusy 50
Wiroidy 51
Inne patogeny towarzyszące wirusom 51
Choroby. Ramka 3.2. Ptasia grypa 50
Podsumowanie rozdziału 51
Pytania kontrolne 52
Literatura uzupełniająca 52

4 RNA – cząsteczka o wielu funkcjach 54
4.1 Wstęp 54
4.2 Struktura drugorzędowa RNA 55
Motywy struktury drugorzędowej RNA 55
Dwuniciowy RNA przyjmuje formę helisy typu A 56
Helisy RNA często zawierają nietypowe pary zasad 56
4.3 Struktura trzeciorzędowa RNA 57
Struktura tRNA: cząsteczka ważna w poznaniu podstawowych motywów strukturalnych RNA 58
Najczęstsze motywy struktury trzeciorzędowej RNA 60
4.4 Kinetyka zwijania RNA 65
4.5 Cząsteczki RNA biorą udział w różnorodnych procesach komórkowych 67
4.6 Perspektywa historyczna: odkrycie właściwości katalitycznych RNA 69
Intron grupy I z Tetrahymena jest rybozymem 72
RNaza P jest rybozymem 72
Warto wiedzieć. Ramka 4.1. Świat RNA 70
4.7 Rybozymy katalizują szereg reakcji chemicznych 73
Sposób działania rybozymu 73
Duże rybozymy 75
Małe rybozymy 75
Podsumowanie rozdziału 77
Pytania kontrolne 77
Literatura uzupełniająca 77

5 Od genu do białka 79
5.1 Wstęp 79
5.2 Podstawowy dogmat biologii molekularnej 80
5.3 Kod genetyczny 80
Tłumaczenie kodu genetycznego 81
21. i 22. aminokwas są kodowane genetycznie 82
Rola nukleotydów modyfikowanych w odczytywaniu mRNA 82
Implikacje dla biologów molekularnych różnego odczytywania kodonów u różnych organizmów 87
5.4 Budowa białek 85
Struktura pierwszorzędowa 85
Struktura drugorzędowa 87
Struktura trzeciorzędowa 87
Struktura czwartorzędowa 91
Wielkość i złożoność białek 92
Białka zawierają wiele domen funkcjonalnych 92
Przewidywanie struktury białek 93
5.5 Funkcje białek 93
Enzymy są katalizatorami biologicznymi 93
Regulacja aktywności przez modyfikacje potranslacyjne 94
Regulacja allosteryczna aktywności białek 95
Aktywacja kinaz zależnych od cyklin 96
Kompleksy makromolekularne 97
5.6 Prawidłowe i błędne zwijanie się białek 98
Białka opiekuńcze 99
Degradacja białek zależna od ubikwityny 100
Choroby związane z nieprawidłowym zwijaniem się białek 100
Choroby. Ramka 5.1. Priony 102
Podsumowanie rozdziału 100
Pytania kontrolne 106
Literatura uzupełniająca 107

6 Replikacja DNA i dobudowa telomerów 108
6.1 Wstęp 109
6.2 Perspektywa historyczna 109
Jak odkryto sposób replikowania się DNA: doświadczenie Meselsona–Stahla 111
Jak odkryto sposób replikowania się DNA: obraz replikującego się DNA bakteryjnego 111
6.3 Synteza DNA przebiega w kierunku 5′ do 3′ 112
6.4 Enzymy katalizujące syntezę DNA nazywają się polimerazami DNA 112
Warto wiedzieć. Ramka 6.1. Bakteryjne polimerazy DNA 115
6.5 Jedna nić DNA jest replikowana w sposób ciągły, a druga nieciągły 112
Synteza nici wiodącej przebiega w sposób ciągły 115
Synteza nici opóśnionej przebiega w sposób nieciągły 115
6.6 Replikacja jądrowego DNA w komórkach eukariotycznych 117
Fabryki replikacyjne 118
Usuwanie histonów w miejscach inicjacji replikacji 118
Tworzenie się kompleksów prereplikacyjnych w miejscach początku replikacji 118
Pozwolenie na replikację: DNA replikuje się tylko raz w każdym cyklu komórkowym 124
Rozplatanie dwuniciowej helisy DNA w widełkach replikacyjnych 127
Inicjacja syntezy nici wiodącej i opóśnionej DNA poprzez startery RNA 128
Wymiana polimeraz DNA 129
Wydłużanie nici wiodącej i opóśnionej 129
Aktywności korekcyjne 130
Dojrzewanie nowo syntetyzowanych nici DNA 130
Terminacja 134
Osadzanie histonów 134
Warto wiedzieć. Ramka 6.2. Nomenklatura genów związanych z replikacją DNA 121
Choroby. Ramka 6.1. Toczeń rumieniowaty układowy a białko PCNA 130
6.7 Replikacja organellowego DNA 134
Modele replikacji mtDNA 134
Replikacja cpDNA 135
Choroby. Ramka 6.2. RNaza MRP a hipoplazja chrząstkowo-włosowa 136
6.8 Replikacja drogą toczącego się koła 136
6.9 Dobudowa telomerów: rola telomerazy w replikacji DNA, procesach starzenia się
i powstawania nowotworów 138
Telomery 138
Rozwiązanie problemu replikacji końców liniowych cząsteczek DNA 138
Dobudowa telomerów przez telomerazę 139
Inne sposoby dobudowy telomerów 142
Regulacja aktywności telomerazy 142
Telomeraza, procesy starzenia się i nowotworzenia 142
Choroby. Ramka 6.3. Dyskeratoza wrodzona: utrata aktywności telomerazy 146
Podsumowanie rozdziału 147
Pytania kontrolne 149
Literatura uzupełniająca 149

7 Naprawa DNA i rekombinacja 152
7.1 Wstęp 152
7.2 Rodzaje mutacji i ich konsekwencje fenotypowe 153
Tranzycje i transwersje prowadzą do mutacji typu synonimowego, zmiany sensu i nonsensownego 153
Insercje i delecje mogą powodować zmiany ramki odczytu 155
Wydłużanie powtórzeń trójnukleotydowych jest powodem niestabilności genetycznej 155
7.3 Zasadniczy podział uszkodzeń DNA 156
Zmiany pojedynczych nukleotydów 156
Zaburzenia strukturalne 156
Uszkodzenie szkieletu DNA 158
Odpowiedś komórkowa na uszkodzenie DNA 158
7.4 Ominięcie uszkodzeń 159
7.5 Bezpośrednia naprawa uszkodzeń DNA 159
7.6 Naprawa zmiany nukleotydu lub zaburzeń strukturalnych w drodze usunięcia uszkodzenia 159
Naprawa przez wycięcie zasady 161
Naprawa błędnych sparowań 163
Naprawa przez wycięcie nukleotydów 168
Choroby. Ramka 7.1. Dziedziczny rak jelita grubego i odbytu bez polipowatości: uszkodzenie systemu naprawy błędnych sparowań 165
7.7 Naprawa podwójnych pęknięć w DNA 168
Rekombinacja homologiczna 169
¸ączenie niehomologicznych końców 174
Choroby. Ramka 7.2. Skóra pergaminowata barwnikowa i pokrewne schorzenia: uszkodzenia w systemie naprawy przez wycięcie nukleotydów 170
Choroby. Ramka 7.3. Zespoły dziedzicznego raka piersi: mutacje w genach BRCA1 i BRCA2 173
Podsumowanie rozdziału 177
Pytania kontrolne 178
Literatura uzupełniająca 178

8 Technologia rekombinowanego DNA i klonowanie DNA 180
8.1 Wstęp 181
8.2 Perspektywa historyczna 181
Obecność lepkich końców w DNA bakteriofaga lambda (λ) 181
Bakteryjne systemy restrykcji–modyfikacji 181
Pierwsze doświadczenia klonowania DNA 184
8.3 Rozcinanie i łączenie DNA 184
Główne klasy endonukleaz restrykcyjnych 184
Nazewnictwo endonukleaz restrykcyjnych 186
Sekwencje DNA rozpoznawane przez endonukleazy restrykcyjne klasy II 186
Ligaza DNA 189
Warto wiedzieć. Ramka 8.1. Strach przed rekombinowanymi cząsteczkami DNA 185
8.4 Klonowanie DNA 189
Wektory DNA 192
Wybór wektora zależy od długości klonowanego insertu i zastosowania 193
Wektory plazmidowe 195
Wektory oparte na DNA bakteriofaga lambda (λ) 197
Sztuczne chromosomy 199
DNA do klonowania może pochodzić z różnych metod izolacji 202
Warto wiedzieć. Ramka 8.2. EcoRI: zginanie i cięcie DNA 190
Narzędzia. Ramka 8.1. Chromatografia cieczowa 199
8.5 Konstrukcja bibliotek DNA 202
Biblioteka genomowa 202
Biblioteka cDNA 203
8.6 Sondy 203
Sondy heterologiczne 209
Sondy homologiczne 209
Narzędzia. Ramka 8.2. Synteza komplementarnego DNA (cDNA) 204
Narzędzia. Ramka 8.3. Reakcja łańcuchowa polimerazy (PCR) 206
Narzędzia. Ramka 8.4. Metody izotopowego i nieizotopowego znakowania sondy 208
Narzędzia. Ramka 8.5. Znakowanie kwasów nukleinowych 210
8.7 Przeszukiwanie bibliotek 214
Przeniesienie kolonii na membranę wiążącą DNA 214
Hybrydyzacja kolonijna 214
Identyfikacja kolonii dających pozytywny sygnał 216
8.8 Biblioteki ekspresyjne 216
8.9 Mapowanie restrykcyjne 216
8.10 Polimorfizm długości fragmentów restrykcyjnych (RFLP) 217
RFLP może być markerem chorób genetycznych 219
Narzędzia. Ramka 8.6. Elektroforeza 218
Narzędzia. Ramka 8.7. Hybrydyzacja metodą Southerna 220
Choroby. Ramka 8.1. Test PCR-RFLP do diagnozowania choroby syropu klonowego 222
8.11 Sekwencjonowanie DNA 224
Sekwencjonowanie ręczne metodą „dideoksy” Sangera 224
Sekwencjonowanie automatyczne 226
Podsumowanie rozdziału 226
Pytania kontrolne 229
Literatura uzupełniająca 231

9 Narzędzia do analizy ekspresji genów 232
9.1 Wstęp 233
9.2 Transfekcja o charakterze przejściowym i stabilnym 234
9.3 Geny reporterowe 236
Powszechnie stosowane geny reporterowe 236
Analiza regulacji aktywności genu 238
Oczyszczanie i identyfikacja etykiet białkowych: białka fuzyjne 238
Narzędzia. Ramka 9.1. Produkcja białek rekombinowanych 242
9.4 Mutageneza in vitro 243
Narzędzia. Ramka 9.2. Mikroskopia fluorescencyjna, konfokalna i wielofotonowa 244
9.5 Analiza ekspresji genu na poziomie transkrypcyjnym: ekspresja i lokalizacja RNA 249
Hybrydyzacja metodą northern 249
Hybrydyzacja in situ 249
Analiza RNA techniką ochrony przed aktywnością RNazy (RPA) 251
Reakcja odwrotnej transkrypcji sprzężona z PCR (RT-PCR) 251
9.6 Analiza ekspresji genu na poziomie translacyjnym: ekspresja i lokalizacja białka 251
Immunodetekcja metodą western 255
Analiza in situ 257
Test immunoenzymatyczny (ELISA) 257
Narzędzia. Ramka 9.3. Elektroforeza żelowa białek 252
Narzędzia. Ramka 9.4. Produkcja przeciwciał 254
9.7 Technologie związane ze stosowaniem antysensu 258
Oligonukleotydy antysensowne 258
Interferencja RNA (RNAi) 259
9.8 Analiza oddziaływań DNA–białko 265
Retardacja żelowa (EMSA) 265
Technika odcisku stopy z użyciem DNazy I 266
Immunoprecypitacja chromatyny (CHIP) 266
Choroby. Ramka 9.1. Terapie z zastosowaniem RNAi 266
9.9 Analiza oddziaływań białko–białko 266
Technika pull-down 267
Drożdżowy system dwuhybrydowy 267
Koimmunoprecypitacja 267
Rezonansowe przeniesienie sygnału emisji fluorescencji (FRET) 267
9.10 Analiza strukturalna białek 267
Krystalografia rentgenowska 269
Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) 269
Mikroskopia krioelektronowa 271
Mikroskopia sił atomowych (AFM) 271
9.11 Organizmy modelowe 271
Drożdże: Saccharomyces cerevisiae i Schizosaccharomyces pombe 272
Nicienie: Caenorhabditis elegans 272
Owady: Drosophila melanogaster 272
Ryby: Danio rerio 272
Rośliny: Arabidopsis thaliana 272
Myszy: Mus musculus 273
Płazy: Xenopus laevis i Xenopus tropicalis 273
Podsumowanie rozdziału 273
Pytania kontrolne 275
Literatura uzupełniająca 277

10 Transkrypcja u prokariotów 278
10.1 Wstęp 278
10.2 W bakteriach transkrypcja jest sprzężona z translacją 279
10.3 Mechanizm transkrypcji 279
Budowa promotora bakteryjnego 279
Budowa bakteryjnej polimerazy RNA 282
Etapy transkrypcji 284
Wierność przepisywania 292
Kierunek transkrypcji wokół chromosomu E. coli 293
Warto wiedzieć. Ramka 10.1. Co się porusza: polimeraza RNA czy DNA? 290
10.4 Perspektywa historyczna: model regulacji aktywności operonu według Jacoba–Monoda 293
Model operonu doprowadził do odkrycia mRNA 294
Charakterystyka represora Lac 295
10.5 Regulacja operonu laktozowego (lac) 296
Indukcja operonu lac 296
Podstawowa transkrypcja operonu lac 299
Regulacja operonu lac przez czynnik Rho 299
Promotor lac i gen strukturalny lacZ są szeroko wykorzystywane w technikach biologii molekularnej 299
10.6 Sposób działania regulatorów transkrypcyjnych 299
Kooperatywne wiązanie białek z DNA 300
Modyfikacje allosteryczne a wiązanie z DNA 300
Wypętlanie DNA 301
10.7 Kontrola ekspresji genów przez RNA 305
Alternatywne zwijanie się RNA: atenuacja transkrypcyjna operonu tryptofanowego 305
Ryboprzełączniki 305
Ryboprzełączniki rybozymowe 308
Podsumowanie rozdziału 308
Pytania kontrolne 310
Literatura uzupełniająca 310

11 Transkrypcja u eukariotów 312
11.1 Wstęp 313
11.2 Przegląd sposobów regulacji ekspresji na poziomie transkrypcyjnym 313
11.3 Elementy regulatorowe genów kodujących białka 314
Budowa i działanie elementów promotorowych 314
Budowa i działanie elementów regulatorowych dalekiego zasięgu 319
Warto wiedzieć. Ramka 11.1 Efekt pozycji i elementy regulatorowe dalekiego zasięgu 320
Choroby. Ramka 11.1 Latynoska talasemia i miejsca nadwrażliwe na działanie DNazy I 324
11.4 Podstawowa maszyneria transkrypcyjna 332
Składniki podstawowej maszynerii transkrypcyjnej 332
Budowa polimerazy RNA II 332
Podstawowe czynniki transkrypcyjne i tworzenie kompleksu preinicjującego 335
Mediator: most molekularny 337
Warto wiedzieć. Ramka 11.2 Czy istnieje macierz jądrowa? 328
Warto wiedzieć. Ramka 11.3 Swoiste obszary chromosomowe i fabryki transkrypcyjne 331
11.5 Czynniki transkrypcyjne 340
Czynniki transkrypcyjne odpowiadają za swoistą dla genów aktywację lub represję transkrypcji 341
Czynniki transkrypcyjne są białkami modularnymi 342
Domeny wiążące DNA 342
Domeny transaktywacyjne 351
Domeny dimeryzacyjne 352
Warto wiedzieć. Ramka 11.4 Homeobloki i homeodomeny 344
Choroby. Ramka 11.2 Cefalopolisyndaktylia Greiga i sygnalizacja typu Sonic hedgehog 348
Choroby. Ramka 11.3 Uszkodzona acetylotransferaza histonowa w zespole Rubinsteina–Taybiego 350
11.6 Koaktywatory i korepresory transkrypcyjne 352
Kompleksy modyfikujące chromatynę 353
Warianty histonów łącznikowych 357
Kompleksy przekształcające chromatynę 357
Warto wiedzieć. Ramka 11.5 Czy istnieje kod histonowy? 354
11.7 Tworzenie się kompleksu transkrypcyjnego: model stopniowy i holoenzymowy 361
Kolejność wiązania się różnych białek regulujących transkrypcję 362
Model stopniowy 362
Model holoenzymowy 362
Model łączony 365
11.8 Transkrypcja prowadzona przez polimerazę RNA II 365
Opuszczenie promotora 365
Elongacja: polimeryzacja RNA 365
Aktywność korekcyjna i cofanie się polimerazy RNA II 367
Elongacja transkrypcji a pokonywanie bariery nukleosomowej 368
Choroby. Ramka 11.4 Uszkodzenia w Elongatorze i dysautonomia rodzinna
(choroba Rileya–Daya) 370
11.9 Jądrowy import i eksport białek 372
Karioferyny 372
Sygnały lokalizacji jądrowej (NLS) 375
Sygnały eksportu jądrowego (NES) 375
Szlak importu do jądra komórkowego 376
Szlak eksportu z jądra komórkowego 380
Warto wiedzieć. Ramka 11.6 Kompleks poru jądrowego 374
Warto wiedzieć. Ramka 11.7 Odkrycie pierwszej sekwencji sygnału jądrowego 378
11.10 Regulacja importu do jądra i ścieżki transdukcji sygnału 380
Regulacja importu czynnika NF-κB do jądra komórkowego 381
Regulacja importu jądrowego receptora glukokortykoidowego 383
Podsumowanie rozdziału 384
Pytania kontrolne 387
Literatura uzupełniająca 388

12 Epigenetyka i monoalleliczna ekspresja genów 392
12.1 Wstęp 393
12.2 Markery epigenetyczne 393
Metylacja cytozyn w DNA znakuje geny przeznaczone do wyciszenia 394
Trwałe utrzymywanie modyfikacji histonów 398
Choroby. Ramka 12.1 Nowotwór a epigenetyka 396
12.3 Rodzicielskie piętno genomowe 398
Ustalenie i utrzymywanie piętna 399
Mechanizmy ekspresji monoallelicznej 402
Rodzicielskie piętno genomowe jest ważne dla prawidłowego rozwoju osobniczego 409
Pochodzenie rodzicielskiego piętna genomowego 409
Choroby. Ramka 12.2 Zespół łamliwego chromosomu X a metylacja DNA 400
Choroby. Ramka 12.3 Rodzicielskie piętno genomowe a zaburzenia rozwoju układu nerwowego 404
12.4 Inaktywacja chromosomu X 410
Przypadkowa inaktywacja chromosomu X u ssaków 410
Mechanizmy molekularne trwałego utrzymania inaktywacji chromosomu X 410
Czy wszystkie geny chromosomu X ulegają ekspresji monoallelicznej? 412
12.5 Fenotypowe objawy obecności transpozonów 412
Perspektywa historyczna: odkrycie transpozonów kukurydzy przez Barbarę McClintock 415
Transpozony DNA charakteryzują się szerokim spektrum gospodarzy 416
Transpozony DNA przenoszą się w inne miejsca na zasadzie „tnij i wklej” 417
Retrotranspozony przenoszą się w inne miejsca na zasadzie „kopiuj i wklej” 418
Niektóre retrotranspozony typu LTR są aktywne w genomach ssaków 421
Do retrotranspozonów nie oskrzydlonych sekwencjami LTR należą sekwencje SINE i LINE 422
Narzędzia. Ramka 12.1 Mutageneza transpozycyjna 414
Choroby. Ramka 12.4 Geny skaczące a choroby człowieka 420
12.6 Kontrola epigenetyczna transpozonów 423
Metylacja transpozonów 423
Formowanie heterochromatyny w procesie RNAi i RNA-zależnej metylacji DNA 425
12.7 Wykluczenie alleliczne 426
Powstawanie typu płci drożdży – włączanie i wyciszanie 427
Przełączanie antygenowe u świdrowców 432
Rekombinacja V(D)J i adaptacyjna odpowiedś immunologiczna 439
Choroby. Ramka 12.5 Choroby wywoływane przez świdrowce: śpiączka afrykańska 434
Warto wiedzieć. Ramka 12.1 Czy system V(D)J powstał z transpozonu? 442
Podsumowanie rozdziału 444
Pytania kontrolne 448
Literatura uzupełniająca 449

13 Dojrzewanie RNA i regulacja ekspresji genów na poziomie potranskrypcyjnym 452
13.1 Wstęp 453
13.2 Splicing RNA: perspektywa historyczna i przegląd informacji 453
13.3 Autokatalitycznie wycinające się introny grupy I i II 455
Do splicingu intronów grupy I niezbędna jest obecność zewnętrznego kofaktora G 455
Do splicingu intronów grupy II niezbędna jest obecność wewnętrznej, wypętlonej reszty A 458
Ruchome introny grupy I i II 458
Warto wiedzieć. Ramka 13.1 Małe jąderkowe RNA kodowane w intronach i „geny odwrócone na drugą stronę” 457
13.4 Introny w jądrowych i archebakteryjnych genach tRNA 460
Endorybonukleaza wycina introny archebakteryjne 460
Niektóre jądrowe geny tRNA zawierają introny 460
13.5 Kotranskrypcyjne dojrzewanie jądrowych pre-mRNA 461
Przyłączenie 7-metyloguanozyny do końca 5′ pre-mRNA 462
Terminacja i poliadenylacja 464
Splicing 466
Choroby. Ramka 13.1 Dystrofia oczno-gardłowa: zwielokrotnienie powtórzeń
trinukleotydowych w genie kodującym białko wiążące się z poli(A) 461
Choroby. Ramka 13.2 Rdzeniowy zanik mięśni: uszkodzenia w biogenezie snRNP 468
Choroby. Ramka 13.3 Mutacje w genie prp8 wywołują zwyrodnienie barwnikowe siatkówki 475
13.6 Splicing alternatywny 477
Wpływ splicingu alternatywnego na ekspresję genetyczną 478
Regulacja splicingu alternatywnego 478
Warto wiedzieć. Ramka 13.2 Gen DSCAM: skrajny przykład splicingu alternatywnego 479
13.7 Trans-splicing 481
Trans-splicing nieciągłych intronów grupy II 483
Trans-splicing sekwencji liderowej 483
Trans-splicing pre-tRNA 485
Warto wiedzieć. Ramka 13.3 Apoptoza 482
13.8 Redagowanie RNA 485
Redagowanie RNA u świdrowców 486
Redagowanie RNA u ssaków 488
Choroby. Ramka 13.4 Stwardnienie zanikowe boczne: uszkodzenie w redagowaniu RNA? 492
13.9 Modyfikacje zasad RNA mogą być zależne od małych, jąderkowych, naprowadzających cząsteczek RNA 495
13.10 MikroRNA jako potranskrypcyjne regulatory ekspresji genetycznej 496
Perspektywa historyczna: odkrycie miRNA u Caenorhabditis elegans 496
Dojrzewanie miRNA 496
miRNA rozcinają mRNA i blokują translację 498
13.11 Przemiana RNA w jądrze i cytoplazmie 500
Egzosomy jądrowe i kontrola jakości 501
Kontrola jakości i tworzenie cząsteczek RNP jądrowych, gotowych do eksportu jądrowego 502
Cytoplazmatyczna przemiana RNA 503
Podsumowanie rozdziału 505
Pytania kontrolne 508
Literatura uzupełniająca 509

14 Translacja 512
14.1 Wstęp 512
14.2 Budowa rybosomów i ich składanie 513
Budowa rybosomów 513
Jąderko 515
Biogeneza rybosomów 516
Warto wiedzieć. Ramka 14.1 Co to jest „S”? 514
14.3 Syntetazy aminoacylo-tRNA 516
Reakcja aminoacylacji 517
Aktywność korekcyjna (naprawcza) syntetaz aminoacylo-tRNA 518
14.4 Inicjacja translacji 521
Powstawanie kompleksu trójskładnikowego i związanie go z podjednostką rybosomu 40S 521
Przyłączenie mRNA do podjednostki rybosomu 40S 522
Skanowanie i rozpoznanie kodonu AUG 523
Połączenie podjednostek rybosomu 40S i 60S 525
Narzędzia. Ramka 14.1 Technika odcisku palca stopy (ang. toeprinting assay) 524
Choroby. Ramka 14.1 Eukariotyczny czynnik inicjacji translacji eIF2B a leukodystrofia 527
14.5 Elongacja 527
Dekodowanie 529
Tworzenie wiązania peptydowego i translokacja 529
Aktywność peptydylotransferazowa 529
Wydarzenia w tunelu rybosomowym 535
14.6 Terminacja 535
14.7 Kontrola translacyjna i potranslacyjna 536
Fosforylacja eIF2α blokuje powstawanie trójskładnikowego kompleksu inicjacyjnego 537
Fosforylację eIF2α przeprowadzają cztery różne kinazy białkowe 538
Podsumowanie rozdziału 541
Pytania kontrolne 543
Literatura uzupełniająca 543

15 Organizmy modyfikowane genetycznie: w badaniach podstawowych i zastosowania praktyczne 545
15.1 Wstęp 546
15.2 Myszy transgeniczne 547
Jak „zrobić” mysz transgeniczną? 547
Indukowane myszy transgeniczne 550
Warto wiedzieć. Ramka 15.1 Patent „onkomysz” 547
15.3 Modele myszy ze zmienionym określonym genem 550
Myszy typu knock-out 552
Myszy typu knock-in 555
Myszy typu knock-down 556
Myszy z ekspresją warunkową typu knock-out i knock-in 556
Warto wiedzieć. Ramka 15.2 Mysz na zamówienie 553
15.4 Inne zastosowania technologii uzyskiwania zwierząt transgenicznych 557
Transgeniczne naczelne 557
Transgeniczne zwierzęta gospodarcze 560
Zwierzęta – bioreaktory farmaceutyczne 561
Warto wiedzieć. Ramka 15.3 Sztuka a transgeneza: króliczek GFP 560
15.5 Klonowanie w drodze transferu jądra komórkowego 561
Genetyczna równoważność jąder komórek somatycznych: doświadczenia nad klonowaniem żab 561
Klonowanie ssaków przez transfer jądra komórkowego 564
„Przebój roku”: sklonowanie Dolly 564
Metoda klonowania przez transfer jądra komórkowego 565
èródło mtDNA w klonach 567
Dlaczego klonowanie przez transfer jądra komórkowego jest niewydajne? 567
Zastosowania klonowania przez transfer jądra komórkowego 572
Warto wiedzieć. Ramka 15.4 Genetycznie modyfikowane zwierzęta domowe 570
15.6 Rośliny transgeniczne 575
Wprowadzanie genów z wykorzystaniem T-DNA 576
Elektroporacja i mikrowstrzeliwanie 578
Warto wiedzieć. Ramka 15.5 Rośliny GM: czy jadasz modyfikowane pomidory? 576
Podsumowanie rozdziału 578
Pytania kontrolne 579
Literatura uzupełniająca 579

16 Analiza genomu: genotypowanie DNA, genomika i dalej 581
16.1 Wstęp 581
16.2 Genotypowanie DNA 582
Polimorfizmy DNA: podstawa genotypowania DNA 584
Analiza minisatelitów 587
Analiza z wykorzystaniem łańcuchowej reakcji polimerazy 589
Analiza krótkich powtórzeń tandemowych (STR) 590
Analiza DNA mitochondrialnego 590
Analiza chromosomu Y 593
Analiza losowo powielonego polimorficznego DNA (RAPD) 594
Warto wiedzieć. Ramka 16.1 Profile DNA konopi indyjskich 583
Warto wiedzieć. Ramka 16.2 Genotypowanie DNA organizmów różnych gatunków 584
16.3 Genomika i początki postgenomiki 594
Co to jest bioinformatyka? 595
Genomika 595
Proteomika 598
Wiek „omik” 598
16.4 Projekt Poznania Genomu Człowieka 598
Metoda sekwencjonowania i składania genomu „klon po klonie” 598
Metoda sekwencjonowania fragmentów uzyskanych z wykorzystaniem strategii „shotgun” 599
Sekwencja genomu: wersja robocza versus pełna sekwencja genomu 600
16.5 Inne zsekwencjonowane genomy 600
Co to jest gen i ile ich jest w genomie człowieka? 604
Warto wiedzieć. Ramka 16.3 Analiza porównawcza genomów: od rozdymki do kura 602
16.6 Wysokoprzepustowa analiza funkcji genów 604
Mikromacierze DNA 604
Mikromacierze białkowe 605
Spektrometria mas 607
16.7 Polimorfizm pojedynczych nukleotydów (SNP) 609
Warto wiedzieć. Ramka 16.4 Proteom jąderka 610
Podsumowanie rozdziału 611
Choroby. Ramka 16.1 Mapowanie SNP związanych z chorobami: choroba Alzheimera 612
Pytania kontrolne 615
Literatura uzupełniająca 616

17 Biologia molekularna w medycynie 618
17.1 Wstęp 618
17.2 Biologia molekularna nowotworu 619
Aktywacja onkogenów 619
Inaktywacja genów kodujących supresory nowotworowe 625
Nieprawidłowa ekspresja mikroRNA w schorzeniach nowotworowych 634
Rearanżacje chromosomowe a nowotwory 636
Wirusy a nowotwory 638
Karcynogeneza o podłożu chemicznym 643
Warto wiedzieć. Ramka 17.1 Jak komórki rakowe dają przerzuty: rola Src 626
Choroby. Ramka 17.1 Teoria dwóch zdarzeń Knudsona a siatkówczak (retinoblastoma) 628
Choroby. Ramka 17.2 Terapia genowa nowotworów 632
Warto wiedzieć. Ramka 17.2 Odkrycie p53 633
Choroby. Ramka 17.3 Wirus brodawczaka ludzkiego (HPV) a nowotwór szyjki macicy 640
17.3 Terapia genowa 645
Wektory w terapii genowej komórek somatycznych 646
Terapia genowa w ulepszaniu cech na drodze inżynierii genetycznej 649
Terapia genowa w zespołach dziedzicznego niedoboru odporności 652
Terapia genowa w leczeniu mukowiscydozy 654
Terapia genowa zakażenia HIV-1 655
Warto wiedzieć. Ramka 17.3 Transfer genów przy użyciu retrowirusów: jak skonstruować „bezpieczny” wektor? 650
Warto wiedzieć. Ramka 17.4 Pierwsza ofiara śmiertelna terapii genowej 652
Warto wiedzieć. Ramka 17.5 Cykl życiowy wirusa HIV-1 657
17.4 Geny a ludzkie zachowania 657
Zachowania agresywne, impulsywne i z użyciem przemocy 661
Loci odpowiadające za podatność na schizofrenię 662
Podsumowanie rozdziału 663
Pytania kontrolne 665
Literatura uzupełniająca 666

Słowniczek 668
Indeks 716